malloc背后的那些事

动态内存分配器维护着一个进程的虚拟内存区域，称为堆（heap），紧接在未初始化的数据区域后开始，向上生长。对于每个进程，内核维护着一个变量brk，指向堆的顶部。
分配器将堆视为一组大小不同的block的集合来维护，每个block就是一个连续的虚拟内存片，要么是已分配状态，要么是空闲状态。c/c++中采用的是显式分配器，及需要用户显式释放已分配的块。
malloc函数是由c标准库提供的，从堆中分配块的函数。malloc返回一个指针，指向大小至少为size字节的内存块，这个块满足最严格的内存对齐（32位系统中满足8字节对齐，64位系统中满足16字节对齐）。
关于碎片
造成堆利用率很低的主要原因是一种称为碎片的现象，有两种形式的碎片：内部碎片和外部碎片。内部碎片的产生：分配块比有效载核大。外部碎片的产生：当前空闲内存合计起来足够满足一个分配请求，但是没有一个单独的空闲块足够大能够处理这个请求。

以上基础内容取自《深入理解计算机系统》

每个unix进程都有一组特殊的线性区，这个线形区就是所谓的堆。
关于线性区的概念见：《深入理解linux内核》进程地址空间那一章
内存描述符的两个字段分别限定了这个区的开始地址和结束地址。

brk系统调用和mmap系统调用是系统层面的扩展程序线性区的两个系统调用，brk通过调整内存描述符中的堆结束地址字段，向内核申请物理内存或者swap区域的磁盘空间，建立新扩展的线性区和申请物理内存或者swap磁盘空间的映射关系。
mmap类似于brk，但是更为灵活，它不仅可以映射到物理内存和swap区域的磁盘空间，还能映射到磁盘上的文件。

malloc函数就是建立在这两个基本的系统调用上，以此我们可以想象，malloc主要负责维护空闲的堆内存，必要时通过brk或者mmap扩展线性区获得新的内存空间，当free被调用时，就将对应内存放入空闲内存集合中，等下次malloc时，如果有符合要求的空闲内存就分配出去，否则先进行空闲内存合并，如果合并后还是没有办法满足要求，那么就要通过brk或者mmap申请新的堆内存。
最简单的我们使用一个链表，将所有空闲内存（我们将其称为一个chunk，每个chunk代表了线性区的一段地址）串起来，但是这样做的效率实在太低，glibc采用如下结构进行内存管理：
把将一组chunk串起来的链表称为bin，malloc中有四种bin：
1.fast bin
2.unsorted bin
3.small bin
4.large bin
fast bin的存在就是为了快速的小内存的分配和释放。unsorted bin是重新利用最近释放的chunk机制，small bin和large bin按照存储chunk大小依次排列。

具体的分配策略见：https://blog.csdn.net/T146lLa...
https://blog.csdn.net/dongyu_...

本人并不是内核玩家，上述内容都是从其他博客中摘抄出来，仅作为记录和温习使用，因此也就不费力气多打字了。